2021年第43卷第6期文章目次
2021, 43(6):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.077
摘要:
为拓展酸性介质与砂岩之间的细观特性研究，基于数字岩心模型和格子Boltzmann方程，开展砂岩受酸腐蚀过程的加速模拟试验，分析不同酸性环境下受酸腐蚀砂岩的渗流特性。通过CT扫描设备探究受酸腐蚀砂岩内部矿物组成的结构变化；利用Image J和Avizo可视化图像处理软件建立了受酸腐蚀砂岩的数字岩心，结合格子Boltzmann方程构建出砂岩受酸腐蚀过程中的渗流模型，分析砂岩受酸腐蚀过程中内部孔隙结构和渗流特性的变化规律。研究结果表明：CT扫描试验可展示砂岩内部的矿物组成及孔隙分布，反映酸性溶液对砂岩的腐蚀程度；渗透深度随孔隙率的增大而增大，变化速率先快后慢，最后趋于稳定，说明基于Boltzmann方程构建的渗流模型对模拟砂岩受酸腐蚀过程具有较好的适用性。
为拓展酸性介质与砂岩之间的细观特性研究，基于数字岩心模型和格子Boltzmann方程，开展砂岩受酸腐蚀过程的加速模拟试验，分析不同酸性环境下受酸腐蚀砂岩的渗流特性。通过CT扫描设备探究受酸腐蚀砂岩内部矿物组成的结构变化；利用Image J和Avizo可视化图像处理软件建立了受酸腐蚀砂岩的数字岩心，结合格子Boltzmann方程构建出砂岩受酸腐蚀过程中的渗流模型，分析砂岩受酸腐蚀过程中内部孔隙结构和渗流特性的变化规律。研究结果表明：CT扫描试验可展示砂岩内部的矿物组成及孔隙分布，反映酸性溶液对砂岩的腐蚀程度；渗透深度随孔隙率的增大而增大，变化速率先快后慢，最后趋于稳定，说明基于Boltzmann方程构建的渗流模型对模拟砂岩受酸腐蚀过程具有较好的适用性。
2021, 43(6):10-16.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.051
摘要:
孔隙水压力是评价黄土高填方场地变形与稳定的重要参数。为探讨沟谷地形中黄土高填方场地孔隙水压力增长和消散规律，对陕北某黄土高填方工程进行了施工期和工后期的孔隙水压力监测和分析。结果表明：在分析超静孔隙水压力的增长和消散规律时，须扣除因土层压缩和地下水位变化而引起的静水压力变化值；孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填土荷载的影响；土方填筑快，孔隙水压力增长快，反之，孔隙水压力增长慢，甚至消散；施工期的孔隙水压力增量与填土荷载增量呈近似线性关系，多级荷载的孔隙水压力系数小于0.2，土体始终处于稳定状态；工后期孔隙水压力消散缓慢，沉降达到完全稳定需要较长时间。
孔隙水压力是评价黄土高填方场地变形与稳定的重要参数。为探讨沟谷地形中黄土高填方场地孔隙水压力增长和消散规律，对陕北某黄土高填方工程进行了施工期和工后期的孔隙水压力监测和分析。结果表明：在分析超静孔隙水压力的增长和消散规律时，须扣除因土层压缩和地下水位变化而引起的静水压力变化值；孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填土荷载的影响；土方填筑快，孔隙水压力增长快，反之，孔隙水压力增长慢，甚至消散；施工期的孔隙水压力增量与填土荷载增量呈近似线性关系，多级荷载的孔隙水压力系数小于0.2，土体始终处于稳定状态；工后期孔隙水压力消散缓慢，沉降达到完全稳定需要较长时间。
2021, 43(6):17-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.064
摘要:
路基土动态回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数，准确获取路基土动态回弹模量一直是道路工程领域的重要研究课题之一。在调研路基土动态回弹模量测试方法相关成果的基础上，通过有限元数值计算、试探性试验，建立考虑行车荷载加卸载时长影响的路基土动态回弹模量测试方法；选取两种典型的路基土，开展考虑行车荷载加卸载时长的动态回弹模量试验。试验结果表明：两种土质动态回弹模量随围压增大而增大，随循环偏应力、加载时长的增大而减小；随着加载时长的增加，路基土动态回弹模量减小可达34.6%，加载时长的影响不容忽视；不同加载时长下，路基土动态回弹模量随围压、循环偏应力的影响规律基本一致。
路基土动态回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数，准确获取路基土动态回弹模量一直是道路工程领域的重要研究课题之一。在调研路基土动态回弹模量测试方法相关成果的基础上，通过有限元数值计算、试探性试验，建立考虑行车荷载加卸载时长影响的路基土动态回弹模量测试方法；选取两种典型的路基土，开展考虑行车荷载加卸载时长的动态回弹模量试验。试验结果表明：两种土质动态回弹模量随围压增大而增大，随循环偏应力、加载时长的增大而减小；随着加载时长的增加，路基土动态回弹模量减小可达34.6%，加载时长的影响不容忽视；不同加载时长下，路基土动态回弹模量随围压、循环偏应力的影响规律基本一致。
2021, 43(6):27-37.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.053
摘要:
盾构掌子面稳定性的不确定性分析多侧重于土性参数的变异性，较少考虑支护压力的变异性。基于K-L级数分解法建立描述土性参数空间变异性的三维随机场，研究土性参数变异性对掌子面失稳模式、极限支护应力的影响规律，讨论支护压力的均值与变异系数对失效概率的影响，并据此确定支护压力均值特征值。结果表明：黏性土黏聚力与内摩擦角的空间变异性对掌子面稳定性有重要影响，其中内摩擦角的影响更甚；掌子面失稳模式与随机场局部分布密切相关，当掌子面前方随机场较分散时，可能发生局部破坏；掌子面的失效概率与支护压力的均值和变异系数密切相关，支护压力的均值越大，变异系数越小，失效概率越小；提出了掌子面支护压力均值特征值的概念，并结合失效概率给出了确定方法。
盾构掌子面稳定性的不确定性分析多侧重于土性参数的变异性，较少考虑支护压力的变异性。基于K-L级数分解法建立描述土性参数空间变异性的三维随机场，研究土性参数变异性对掌子面失稳模式、极限支护应力的影响规律，讨论支护压力的均值与变异系数对失效概率的影响，并据此确定支护压力均值特征值。结果表明：黏性土黏聚力与内摩擦角的空间变异性对掌子面稳定性有重要影响，其中内摩擦角的影响更甚；掌子面失稳模式与随机场局部分布密切相关，当掌子面前方随机场较分散时，可能发生局部破坏；掌子面的失效概率与支护压力的均值和变异系数密切相关，支护压力的均值越大，变异系数越小，失效概率越小；提出了掌子面支护压力均值特征值的概念，并结合失效概率给出了确定方法。
2021, 43(6):38-47.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.192
摘要:
基坑开挖数值分析的关键在于土体本构的选择和计算参数的合理选取，硬化模型（HS模型）是应用较为广泛的模型之一。通过采用GDS空心扭剪试验仪（SS-HCA）和常规固结仪完成大量室内试验，获取了南昌地区软土层的硬化模型参数，对各层土参数中模量之间的比例关系进行探讨，并将试验得到的结果与相关文献的结果进行比较和总结。运用PLAXIS有限元数值计算软件，对南昌某地下室深基坑工程进行数值模拟，土体本构模型采用程序内置的HS模型。结果表明，围护桩深层水平位移的实测数据与数值计算结果基本吻合，表明获取的HS模型参数及方法适用于南昌地区基坑开挖的数值分析。
基坑开挖数值分析的关键在于土体本构的选择和计算参数的合理选取，硬化模型（HS模型）是应用较为广泛的模型之一。通过采用GDS空心扭剪试验仪（SS-HCA）和常规固结仪完成大量室内试验，获取了南昌地区软土层的硬化模型参数，对各层土参数中模量之间的比例关系进行探讨，并将试验得到的结果与相关文献的结果进行比较和总结。运用PLAXIS有限元数值计算软件，对南昌某地下室深基坑工程进行数值模拟，土体本构模型采用程序内置的HS模型。结果表明，围护桩深层水平位移的实测数据与数值计算结果基本吻合，表明获取的HS模型参数及方法适用于南昌地区基坑开挖的数值分析。
2021, 43(6):48-56.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.083
摘要:
为研究颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切行为的影响，选择碎石和具有相同粒径分布的玻璃珠作为试验材料，利用动态直剪仪对碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面进行一系列单调直剪试验、循环剪切试验和循环后单调直剪试验，分析竖向应力分别为30、60、90 kPa下加筋碎石和加筋玻璃珠界面的单调直剪特性；研究在位移幅值分别为1、3、6、9、12、15 mm的循环加载作用下两种加筋界面的循环剪切特性，并对比分析了循环剪切前、后两种加筋界面单调剪切特性的异同点。结果表明：单调直剪试验中，3种竖向应力下碎石-格栅界面的抗剪强度和最大剪胀量均大于玻璃珠-格栅界面的相应值。循环剪切试验中，在不同剪切幅值的循环加载作用下，碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面的循环剪切行为存在差异。循环后单调直剪试验中，碎石-格栅界面循环后的界面抗剪强度较未经受循环加载的界面有所提高，幅值为15 mm的界面除外；所有幅值下玻璃珠-格栅界面循环后的抗剪强度均发生退化。
为研究颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切行为的影响，选择碎石和具有相同粒径分布的玻璃珠作为试验材料，利用动态直剪仪对碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面进行一系列单调直剪试验、循环剪切试验和循环后单调直剪试验，分析竖向应力分别为30、60、90 kPa下加筋碎石和加筋玻璃珠界面的单调直剪特性；研究在位移幅值分别为1、3、6、9、12、15 mm的循环加载作用下两种加筋界面的循环剪切特性，并对比分析了循环剪切前、后两种加筋界面单调剪切特性的异同点。结果表明：单调直剪试验中，3种竖向应力下碎石-格栅界面的抗剪强度和最大剪胀量均大于玻璃珠-格栅界面的相应值。循环剪切试验中，在不同剪切幅值的循环加载作用下，碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面的循环剪切行为存在差异。循环后单调直剪试验中，碎石-格栅界面循环后的界面抗剪强度较未经受循环加载的界面有所提高，幅值为15 mm的界面除外；所有幅值下玻璃珠-格栅界面循环后的抗剪强度均发生退化。
2021, 43(6):57-64.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.129
摘要:
利用GDS空心圆柱扭剪仪，在不同平均主应力条件下对青海重塑黄土进行一系列定向剪切试验，研究平均主应力对青海重塑黄土应力应变特性的影响。试验保持中主应力系数b不变，在不同平均主应力条件下，将重塑黄土试样分别进行主应力轴未发生旋转和旋转45°两种剪切破坏应力路径的剪切试验。结果表明：平均主应力和主应力方向角对重塑黄土的强度和变形有着显著影响；重塑黄土在大主应力方向角等于45°剪切破坏时峰值八面体剪应力与平均主应力呈线性关系，重塑黄土破坏时所产生的八面体剪应变发展趋势基本相同；剪切过程中，重塑黄土的大主应变和小主应变成对称发展，破坏时中主应变只有小幅度增长。当八面体剪应力-应变曲线没有出现峰值时，建议采用八面体剪应变为15%对应的八面体剪应力作为重塑黄土的破坏标准。
利用GDS空心圆柱扭剪仪，在不同平均主应力条件下对青海重塑黄土进行一系列定向剪切试验，研究平均主应力对青海重塑黄土应力应变特性的影响。试验保持中主应力系数b不变，在不同平均主应力条件下，将重塑黄土试样分别进行主应力轴未发生旋转和旋转45°两种剪切破坏应力路径的剪切试验。结果表明：平均主应力和主应力方向角对重塑黄土的强度和变形有着显著影响；重塑黄土在大主应力方向角等于45°剪切破坏时峰值八面体剪应力与平均主应力呈线性关系，重塑黄土破坏时所产生的八面体剪应变发展趋势基本相同；剪切过程中，重塑黄土的大主应变和小主应变成对称发展，破坏时中主应变只有小幅度增长。当八面体剪应力-应变曲线没有出现峰值时，建议采用八面体剪应变为15%对应的八面体剪应力作为重塑黄土的破坏标准。
2021, 43(6):65-73.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.144
摘要:
基于虚土桩模型，研究了桩端应力扩散效应对单桩沉降的影响。结合虚土桩模型和Boussinesq解，提出考虑桩端应力泡形扩散的应力泡形虚土桩模型来考虑桩端土对桩的支承作用；利用荷载传递法，对桩周土采用双折线模型，推导得到层状地基中考虑桩端应力泡性扩散的单桩沉降解析解；讨论了弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、附加应力值等参数对单桩沉降的影响；结合工程实测数据，将该方法与现有理论解进行对比，验证了方法的合理性。应力泡形虚土桩模型的最大优势在于能够较严格地给出桩端应力扩散边界，具有更广泛的工程应用价值。
基于虚土桩模型，研究了桩端应力扩散效应对单桩沉降的影响。结合虚土桩模型和Boussinesq解，提出考虑桩端应力泡形扩散的应力泡形虚土桩模型来考虑桩端土对桩的支承作用；利用荷载传递法，对桩周土采用双折线模型，推导得到层状地基中考虑桩端应力泡性扩散的单桩沉降解析解；讨论了弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、附加应力值等参数对单桩沉降的影响；结合工程实测数据，将该方法与现有理论解进行对比，验证了方法的合理性。应力泡形虚土桩模型的最大优势在于能够较严格地给出桩端应力扩散边界，具有更广泛的工程应用价值。
2021, 43(6):74-81.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.049
摘要:
通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性，分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响，并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响；增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力，桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形；弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分；桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中，土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化；在低应力水平下，钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力，钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。
通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性，分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响，并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响；增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力，桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形；弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分；桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中，土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化；在低应力水平下，钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力，钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。
2021, 43(6):82-87.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.132
摘要:
基于贝叶斯理论推断既有建筑砌体抗压强度，将现场原位轴压法测试的砌体抗压强度作为先验信息，同时利用块体和砂浆回弹法检测强度的推定值，按照《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）中的砌体抗压强度计算公式构造似然函数，联合先验信息和似然函数，推导既有建筑砌体抗压强度的后验分布，研究结果表明：通过后验分布可得到综合各种信息的既有建筑砌体抗压强度的合理推断值。且已建立的后验分布可作为下一次抗压强度贝叶斯推断的先验信息，可实现既有建筑砌体抗压强度值的动态长期观测，为砌体结构的定期维修和加固提供依据，为砌体结构的可持续发展提供基础。
基于贝叶斯理论推断既有建筑砌体抗压强度，将现场原位轴压法测试的砌体抗压强度作为先验信息，同时利用块体和砂浆回弹法检测强度的推定值，按照《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）中的砌体抗压强度计算公式构造似然函数，联合先验信息和似然函数，推导既有建筑砌体抗压强度的后验分布，研究结果表明：通过后验分布可得到综合各种信息的既有建筑砌体抗压强度的合理推断值。且已建立的后验分布可作为下一次抗压强度贝叶斯推断的先验信息，可实现既有建筑砌体抗压强度值的动态长期观测，为砌体结构的定期维修和加固提供依据，为砌体结构的可持续发展提供基础。
2021, 43(6):88-94.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.126
摘要:
为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压下的徐变性能，对空心柱轴压下的受力特性进行分析，建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变公式。编制轴心受压荷载作用下徐变分析程序计算徐变应变与时间关系曲线，并通过已有试验对该程序的正确性进行验证。在程序正确性的基础上，计算空心率、混凝土强度、作用荷载及玻璃纤维管壁厚等主要参数对其轴压徐变性能的影响。结果表明：空心柱的徐变应变在28 d以内（作用初期）增长较快，28 d以后增长速度变得缓慢，大约6个月以后徐变应变趋于稳定。空心率和混凝土强度对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变影响较小，其次是玻璃纤维管壁厚，作用荷载对徐变影响较大。
为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压下的徐变性能，对空心柱轴压下的受力特性进行分析，建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变公式。编制轴心受压荷载作用下徐变分析程序计算徐变应变与时间关系曲线，并通过已有试验对该程序的正确性进行验证。在程序正确性的基础上，计算空心率、混凝土强度、作用荷载及玻璃纤维管壁厚等主要参数对其轴压徐变性能的影响。结果表明：空心柱的徐变应变在28 d以内（作用初期）增长较快，28 d以后增长速度变得缓慢，大约6个月以后徐变应变趋于稳定。空心率和混凝土强度对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变影响较小，其次是玻璃纤维管壁厚，作用荷载对徐变影响较大。
2021, 43(6):95-102.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.145
摘要:
CO2强化不同品质和粒径再生骨料的特性研究尚不系统和完善。在约20% CO2浓度和自然环境压力条件下，考虑再生粗骨料（RCA）品质和粒径的影响，试验测试了CO2强化再生骨料（CRCA）的碳化率、CO2吸收率、碱度、残留CO2气体含量、吸水率及CO2强化再生骨料混凝土（CRAC）的抗压强度和抗氯离子渗透性能。结果表明：CO2强化再生骨料的碳化率和CO2吸收率随再生骨料水灰比的增加而增加；CO2强化显著降低了再生骨料的碱度，且CO2强化再生骨料粒径越小、水灰比越低，其残留CO2气体含量越高；CO2强化显著降低了再生骨料的吸水率，明显提升CO2强化再生骨料混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能。
CO2强化不同品质和粒径再生骨料的特性研究尚不系统和完善。在约20% CO2浓度和自然环境压力条件下，考虑再生粗骨料（RCA）品质和粒径的影响，试验测试了CO2强化再生骨料（CRCA）的碳化率、CO2吸收率、碱度、残留CO2气体含量、吸水率及CO2强化再生骨料混凝土（CRAC）的抗压强度和抗氯离子渗透性能。结果表明：CO2强化再生骨料的碳化率和CO2吸收率随再生骨料水灰比的增加而增加；CO2强化显著降低了再生骨料的碱度，且CO2强化再生骨料粒径越小、水灰比越低，其残留CO2气体含量越高；CO2强化显著降低了再生骨料的吸水率，明显提升CO2强化再生骨料混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能。
2021, 43(6):103-112.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.127
摘要:
风环境是评价人居生活质量好坏的重要指标，随着国民经济的快速发展，越来越多的高耸楼宇应运而生，这些楼宇会较大程度地改变已有小区的风环境，给小区居民正常生活带来困扰，而当前对该问题的针对性研究还十分匮乏。以长沙通用时代国际社区为研究背景，利用大尺度风洞（10 m×3 m×21 m）对新增高耸建筑后的小区风环境进行了全方位、多工况试验研究，并基于超越概率法对有无新增高耸建筑小区风环境舒适度与危险度进行定量评估。结果表明：城市小区平均风剖面与湍流度剖面指数值要远高于规范值，表明城市小区具有较大的地表粗糙度。新增高耸建筑会显著改变其邻近区域风环境，如高耸建筑对通用时代小区100、200、300 m范围内平均风速分别造成了25%、6%和2%的加速作用，在增加高耸建筑后小区风环境舒适度与危险度超越概率最大值分别增加了2倍和6倍。
风环境是评价人居生活质量好坏的重要指标，随着国民经济的快速发展，越来越多的高耸楼宇应运而生，这些楼宇会较大程度地改变已有小区的风环境，给小区居民正常生活带来困扰，而当前对该问题的针对性研究还十分匮乏。以长沙通用时代国际社区为研究背景，利用大尺度风洞（10 m×3 m×21 m）对新增高耸建筑后的小区风环境进行了全方位、多工况试验研究，并基于超越概率法对有无新增高耸建筑小区风环境舒适度与危险度进行定量评估。结果表明：城市小区平均风剖面与湍流度剖面指数值要远高于规范值，表明城市小区具有较大的地表粗糙度。新增高耸建筑会显著改变其邻近区域风环境，如高耸建筑对通用时代小区100、200、300 m范围内平均风速分别造成了25%、6%和2%的加速作用，在增加高耸建筑后小区风环境舒适度与危险度超越概率最大值分别增加了2倍和6倍。
2021, 43(6):113-123.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.069
摘要:
抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康，越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统（BES）结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上，综述了BES对于各类抗生素去除的性能，阐述了BES系统在降解抗生素时，电极表面的电活性微生物组成、抗生素的微生物电化学代谢途径，总结了抗生素在BES系统中去除的影响因素，分析了各类传统废水处理技术与BES耦合技术对于抗生素的去除效率，并对BES在抗生素去除中的优缺点进行了总结。
抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康，越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统（BES）结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上，综述了BES对于各类抗生素去除的性能，阐述了BES系统在降解抗生素时，电极表面的电活性微生物组成、抗生素的微生物电化学代谢途径，总结了抗生素在BES系统中去除的影响因素，分析了各类传统废水处理技术与BES耦合技术对于抗生素的去除效率，并对BES在抗生素去除中的优缺点进行了总结。
2021, 43(6):124-133.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.067
摘要:
化工、医药等行业会产生大量含难降解有机物的工业废水，这类废水成分复杂、毒性大，已成为工业水处理领域的难题。电芬顿技术因具有高效去除能力而备受关注，但传统的电芬顿技术仍面临铁离子在中性条件下稳定性差、三价铁还原速率慢、过氧化氢产量低等问题。通过投加有机或无机配体、过渡金属协同作用、杂原子修饰碳材料等不同强化方法，可有效解决上述难题，从而强化电芬顿技术处理效果。综述助催化剂强化电芬顿技术的主导作用原理，比较分析典型助催化剂的优缺点，并针对机理研究不够透彻、催化剂合成工艺复杂、单一技术不能充分发挥优势等问题，展望其在制备与应用等方面的发展方向，以期为助催化剂强化电芬顿技术去除难降解有机物提供参考。
化工、医药等行业会产生大量含难降解有机物的工业废水，这类废水成分复杂、毒性大，已成为工业水处理领域的难题。电芬顿技术因具有高效去除能力而备受关注，但传统的电芬顿技术仍面临铁离子在中性条件下稳定性差、三价铁还原速率慢、过氧化氢产量低等问题。通过投加有机或无机配体、过渡金属协同作用、杂原子修饰碳材料等不同强化方法，可有效解决上述难题，从而强化电芬顿技术处理效果。综述助催化剂强化电芬顿技术的主导作用原理，比较分析典型助催化剂的优缺点，并针对机理研究不够透彻、催化剂合成工艺复杂、单一技术不能充分发挥优势等问题，展望其在制备与应用等方面的发展方向，以期为助催化剂强化电芬顿技术去除难降解有机物提供参考。
2021, 43(6):134-144.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.073
摘要:
废水处理过程中涉及多种氮转化途径，其中，异化硝酸盐还原为铵（Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium，DNRA）能够将NO3-/NO2-转化为NH4+，是氮素转化的重要一环。概述了DNRA过程的两步反应机理以及涉及的微生物，着重讨论了废水处理中影响DNRA过程的潜在因素，包括溶解氧、碳源种类、氮源种类、碳氮比、温度、pH值以及废水成分等，总结分析了各种因素如何调控DNRA与反硝化过程对硝态氮的竞争，并对废水处理中DNRA过程的两种主要分析手段进行了介绍。综述了DNRA过程在废水处理中的发生机制及其贡献，对未来DNRA过程的深入研究及废水中氮的去除或回收具有重要意义。
废水处理过程中涉及多种氮转化途径，其中，异化硝酸盐还原为铵（Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium，DNRA）能够将NO3-/NO2-转化为NH4+，是氮素转化的重要一环。概述了DNRA过程的两步反应机理以及涉及的微生物，着重讨论了废水处理中影响DNRA过程的潜在因素，包括溶解氧、碳源种类、氮源种类、碳氮比、温度、pH值以及废水成分等，总结分析了各种因素如何调控DNRA与反硝化过程对硝态氮的竞争，并对废水处理中DNRA过程的两种主要分析手段进行了介绍。综述了DNRA过程在废水处理中的发生机制及其贡献，对未来DNRA过程的深入研究及废水中氮的去除或回收具有重要意义。
2021, 43(6):145-154.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.078
摘要:
比较曝气头曝气以及膜曝气两种曝气方式支持的菌藻共生系统在不同的运行条件下对污染物的去除效能，探讨去除机理。结果表明，以膜曝气为基础的MABAR对氨氮、总氮、磷、化学需氧量（COD）的去除负荷相对于以曝气头曝气为基础的HABAR，最高分别提升1.44、21.22、3.08、52.09 kg/m2/m3。藻类积累方面，MABAR在5个阶段的积累量都高于HABAR，最高提升15.17 mg/cm2。这不但归因于膜曝气良好的无吹脱和高效的碳化能力为自养藻类提供了充足的无机碳，而且膜曝气为一些十分有利于藻类生长的细菌，例如Acidovorax、Rhodobacter和Acinetobacter，提供了良好的生存环境。MABAR不但能够提升去除效能，还能够促使光生物膜反应器抵抗冲击，维持稳定，这对未来光生物反应器的实际应用提供了一种新的运行方式。
比较曝气头曝气以及膜曝气两种曝气方式支持的菌藻共生系统在不同的运行条件下对污染物的去除效能，探讨去除机理。结果表明，以膜曝气为基础的MABAR对氨氮、总氮、磷、化学需氧量（COD）的去除负荷相对于以曝气头曝气为基础的HABAR，最高分别提升1.44、21.22、3.08、52.09 kg/m2/m3。藻类积累方面，MABAR在5个阶段的积累量都高于HABAR，最高提升15.17 mg/cm2。这不但归因于膜曝气良好的无吹脱和高效的碳化能力为自养藻类提供了充足的无机碳，而且膜曝气为一些十分有利于藻类生长的细菌，例如Acidovorax、Rhodobacter和Acinetobacter，提供了良好的生存环境。MABAR不但能够提升去除效能，还能够促使光生物膜反应器抵抗冲击，维持稳定，这对未来光生物反应器的实际应用提供了一种新的运行方式。
2021, 43(6):155-164.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.062
摘要:
剩余污泥的水解破壁是其厌氧消化的限速步骤。投加Fe （Ⅲ）氧化物可富集具有异化铁还原功能的Fe （Ⅲ）还原菌，强化复杂有机物的分解，是一种促进剩余污泥水解破壁的有效手段。然而，在实际工程中，连续投加Fe （Ⅲ）氧化物不经济。亚硝酸盐作为反硝化中间产物，被报道能促进污泥水解破壁，同时可将污泥中的Fe （Ⅱ）化学氧化为Fe （Ⅲ），但对于亚硝酸盐引发的Fe （Ⅱ）氧化和Fe （Ⅲ）还原过程对污泥水解破壁及后续厌氧消化的影响却鲜有报道。向剩余污泥中添加亚硝酸盐，发现其中97.3%的Fe （Ⅱ）被氧化为Fe （Ⅲ），进而参与异化铁还原。扫描电镜和三维荧光光谱结果表明，添加亚硝酸盐组污泥水解破壁明显，有机物大量释出；微生物群落分析表明，添加亚硝酸盐组反硝化细菌和Fe （Ⅲ）还原菌显著富集。厌氧消化结束后，相比对照组（未添加亚硝酸盐），添加亚硝酸盐组污泥减量化和累积甲烷产量分别提高21%和86%。
剩余污泥的水解破壁是其厌氧消化的限速步骤。投加Fe （Ⅲ）氧化物可富集具有异化铁还原功能的Fe （Ⅲ）还原菌，强化复杂有机物的分解，是一种促进剩余污泥水解破壁的有效手段。然而，在实际工程中，连续投加Fe （Ⅲ）氧化物不经济。亚硝酸盐作为反硝化中间产物，被报道能促进污泥水解破壁，同时可将污泥中的Fe （Ⅱ）化学氧化为Fe （Ⅲ），但对于亚硝酸盐引发的Fe （Ⅱ）氧化和Fe （Ⅲ）还原过程对污泥水解破壁及后续厌氧消化的影响却鲜有报道。向剩余污泥中添加亚硝酸盐，发现其中97.3%的Fe （Ⅱ）被氧化为Fe （Ⅲ），进而参与异化铁还原。扫描电镜和三维荧光光谱结果表明，添加亚硝酸盐组污泥水解破壁明显，有机物大量释出；微生物群落分析表明，添加亚硝酸盐组反硝化细菌和Fe （Ⅲ）还原菌显著富集。厌氧消化结束后，相比对照组（未添加亚硝酸盐），添加亚硝酸盐组污泥减量化和累积甲烷产量分别提高21%和86%。
2021, 43(6):165-171.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.070
摘要:
高级氧化技术是去除水中新型有机污染物的重要方法之一。研究Fe （Ⅱ）活化亚硫酸盐（Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐）体系降解卡马西平（CBZ）的动力学及体系中活性氧化物种对CBZ降解的贡献。结果表明：当亚硫酸盐浓度由0.20 mmol/L增加至0.50 mmol/L时，反应20 min时Fe （Ⅱ）亚硫酸盐体系对CBZ的去除率不断增加，而进一步增加亚硫酸盐浓度时，卡马西平的去除率不再进一步增加。当反应初始pH值为3.0~7.0时，Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系均可降解CBZ，在初始pH值为5.0时，此体系对CBZ的去除率最高，反应平衡时CBZ的去除率达87.3%。此外，铁盐中SO42-和Cl-对Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系降解CBZ基本无影响。综合电子顺磁共振检测及淬灭剂实验的结果可知，Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系中所产生的活性氧化物种包括硫酸根自由基（SO4-·）、羟基自由基（HO·）和过一硫酸根自由基（SO5-·），它们均对卡马西平的降解起贡献作用，其中SO4-·和HO·起主要贡献作用。
高级氧化技术是去除水中新型有机污染物的重要方法之一。研究Fe （Ⅱ）活化亚硫酸盐（Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐）体系降解卡马西平（CBZ）的动力学及体系中活性氧化物种对CBZ降解的贡献。结果表明：当亚硫酸盐浓度由0.20 mmol/L增加至0.50 mmol/L时，反应20 min时Fe （Ⅱ）亚硫酸盐体系对CBZ的去除率不断增加，而进一步增加亚硫酸盐浓度时，卡马西平的去除率不再进一步增加。当反应初始pH值为3.0~7.0时，Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系均可降解CBZ，在初始pH值为5.0时，此体系对CBZ的去除率最高，反应平衡时CBZ的去除率达87.3%。此外，铁盐中SO42-和Cl-对Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系降解CBZ基本无影响。综合电子顺磁共振检测及淬灭剂实验的结果可知，Fe （Ⅱ）/亚硫酸盐体系中所产生的活性氧化物种包括硫酸根自由基（SO4-·）、羟基自由基（HO·）和过一硫酸根自由基（SO5-·），它们均对卡马西平的降解起贡献作用，其中SO4-·和HO·起主要贡献作用。
2021, 43(6):172-179.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.071
摘要:
有机磷酸酯（OPEs）阻燃剂与重金属铬是电子垃圾拆解区环境中常见的复合污染物。研究300 W汞灯（λ=365 nm）照射下Fe （Ⅲ）在水溶液中同时光催化氧化磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）和还原Cr （Ⅵ）的性能，考察Fe （Ⅲ）、Cr （Ⅵ）和TCEP初始浓度的影响，探讨UV/Fe （Ⅲ）体系中Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）氧化还原循环再生性，并验证UV/Fe （Ⅲ）对其他OPEs降解的适用性。结果表明：在UV/Fe （Ⅲ）体系中，光催化降解TCEP和还原Cr （Ⅵ）同时发生。Fe （Ⅲ）初始浓度的增加有利于Cr （Ⅵ）的光催化还原和TCEP的氧化降解。Cr （Ⅵ）的还原随着TCEP初始浓度的增加而增加，但不同Cr （Ⅵ）浓度对TCEP的降解效率影响并不明显。在UV/Fe （Ⅲ）体系中，5次循环实验都能实现TCEP的完全降解和Cr （Ⅵ）的还原。此外，该体系对其他OPEs与Cr （Ⅵ）的复合污染也有类似的光催化效果。Fe （Ⅲ）作为均相光催化剂可以处理含OPEs和Cr （Ⅵ）的复合污染。
有机磷酸酯（OPEs）阻燃剂与重金属铬是电子垃圾拆解区环境中常见的复合污染物。研究300 W汞灯（λ=365 nm）照射下Fe （Ⅲ）在水溶液中同时光催化氧化磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）和还原Cr （Ⅵ）的性能，考察Fe （Ⅲ）、Cr （Ⅵ）和TCEP初始浓度的影响，探讨UV/Fe （Ⅲ）体系中Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）氧化还原循环再生性，并验证UV/Fe （Ⅲ）对其他OPEs降解的适用性。结果表明：在UV/Fe （Ⅲ）体系中，光催化降解TCEP和还原Cr （Ⅵ）同时发生。Fe （Ⅲ）初始浓度的增加有利于Cr （Ⅵ）的光催化还原和TCEP的氧化降解。Cr （Ⅵ）的还原随着TCEP初始浓度的增加而增加，但不同Cr （Ⅵ）浓度对TCEP的降解效率影响并不明显。在UV/Fe （Ⅲ）体系中，5次循环实验都能实现TCEP的完全降解和Cr （Ⅵ）的还原。此外，该体系对其他OPEs与Cr （Ⅵ）的复合污染也有类似的光催化效果。Fe （Ⅲ）作为均相光催化剂可以处理含OPEs和Cr （Ⅵ）的复合污染。
2021, 43(6):180-186.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.077
摘要:
随着铬工业化利用的发展，铬污染问题日益严峻。基于金属网易分离的优势，采用化学沉积法制备Al/Cu双金属网材料，实现对Cr （Ⅵ）的快速去除，并通过静态试验系统优化了反应温度、溶液pH值、Al/Cu双金属网投加量等条件。对Al/Cu双金属网材料进行表征，发现Cu涂覆呈现疏松的珊瑚状颗粒原位生长在铝网表面；Cr （Ⅵ）去除的静态试验表明，在较大的pH值（3.0~9.0）范围内Al/Cu双金属网对Cr （Ⅵ）的去除率可达到90%以上；当Al/Cu双金属网的投加量为3片、Cr （Ⅵ）初始浓度5 mg/L、反应温度40℃时，对水中Cr （Ⅵ）的去除效果最佳。机理分析表明：Al/Cu双金属网表面形成大量的电偶原电池，促进Al0的腐蚀，释放电子将Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）；双金属网表面［H］abs的产生进一步促进对Cr （Ⅵ）的还原，生成Cr （OH）3或以絮凝物的形式沉积在双金属网表面，达到从水溶液中去除Cr （Ⅵ）的目的。易分离的Al/Cu双金属网有助于实现地下水等水体中Cr （Ⅵ）的快速去除，具有良好的工程应用前景。
随着铬工业化利用的发展，铬污染问题日益严峻。基于金属网易分离的优势，采用化学沉积法制备Al/Cu双金属网材料，实现对Cr （Ⅵ）的快速去除，并通过静态试验系统优化了反应温度、溶液pH值、Al/Cu双金属网投加量等条件。对Al/Cu双金属网材料进行表征，发现Cu涂覆呈现疏松的珊瑚状颗粒原位生长在铝网表面；Cr （Ⅵ）去除的静态试验表明，在较大的pH值（3.0~9.0）范围内Al/Cu双金属网对Cr （Ⅵ）的去除率可达到90%以上；当Al/Cu双金属网的投加量为3片、Cr （Ⅵ）初始浓度5 mg/L、反应温度40℃时，对水中Cr （Ⅵ）的去除效果最佳。机理分析表明：Al/Cu双金属网表面形成大量的电偶原电池，促进Al0的腐蚀，释放电子将Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）；双金属网表面［H］abs的产生进一步促进对Cr （Ⅵ）的还原，生成Cr （OH）3或以絮凝物的形式沉积在双金属网表面，达到从水溶液中去除Cr （Ⅵ）的目的。易分离的Al/Cu双金属网有助于实现地下水等水体中Cr （Ⅵ）的快速去除，具有良好的工程应用前景。
2021, 43(6):187-196.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.076
摘要:
为考察β-内酰胺类抗生素在臭氧氧化过程中的降解规律与特征，采用臭氧直接氧化法处理水中4种典型β-内酰胺类抗生素。研究不同pH值条件下臭氧氧化典型β-内酰胺类抗生素的降解效果，利用淬灭实验探究降解机理，分析中间产物并推测降解路径。研究结果表明：改变pH值对阿莫西林和头孢氨苄降解效果没有显著影响，酸性条件对青霉素钠降解有抑制，碱性条件对头孢曲松钠降解有促进。淬灭实验结果表明：叔丁醇（TBA）对阿莫西林和头孢氨苄的降解有一定的促进作用，说明阿莫西林和头孢氨苄的降解由臭氧分子直接氧化主导；随着TBA浓度的升高，对青霉素钠和头孢曲松钠的抑制效果更加显著，说明青霉素钠和头孢曲松钠以羟基自由基（·OH）间接氧化为主导。阿莫西林、头孢氨苄、青霉素钠和头孢曲松钠臭氧氧化过程中分别生成了4、6、3、3种主要中间产物，降解途径包括β-内酰胺环断裂、去甲基化、水合反应、加成反应等过程。
为考察β-内酰胺类抗生素在臭氧氧化过程中的降解规律与特征，采用臭氧直接氧化法处理水中4种典型β-内酰胺类抗生素。研究不同pH值条件下臭氧氧化典型β-内酰胺类抗生素的降解效果，利用淬灭实验探究降解机理，分析中间产物并推测降解路径。研究结果表明：改变pH值对阿莫西林和头孢氨苄降解效果没有显著影响，酸性条件对青霉素钠降解有抑制，碱性条件对头孢曲松钠降解有促进。淬灭实验结果表明：叔丁醇（TBA）对阿莫西林和头孢氨苄的降解有一定的促进作用，说明阿莫西林和头孢氨苄的降解由臭氧分子直接氧化主导；随着TBA浓度的升高，对青霉素钠和头孢曲松钠的抑制效果更加显著，说明青霉素钠和头孢曲松钠以羟基自由基（·OH）间接氧化为主导。阿莫西林、头孢氨苄、青霉素钠和头孢曲松钠臭氧氧化过程中分别生成了4、6、3、3种主要中间产物，降解途径包括β-内酰胺环断裂、去甲基化、水合反应、加成反应等过程。
